爱因斯坦与现代物理学的奇迹年

“奇迹”（英、法 miracle, 拉丁 miraculum ），在西方通常指超自然力量的现象或事件，如《圣经》中涉及先知和耶稣基督的种种离奇故事，它与立足于实证基础上的科学实在是风马牛不相及。但是在科学史上，却有些被称为“奇迹年”的特殊年代；其中最不可思议的“奇迹年”当属 1543 年、 1666 年和 1905 年。

1543 年，哥白尼的《天体运行论》和维萨留斯的《人体构造》相继出版，人类对宇宙和对自身的认识揭开了科学革命的序幕。

1666 年，从剑桥回到乡间躲避鼠疫的牛顿发明流数术（微积分）、发现万有引力定律和完成光色的分析。

1905 年，在伯尔尼瑞士专利局工作的爱因斯坦发表了五篇具有划时代意义的论文，包括现代物理学中三项伟大的成就：分子运动论、狭义相对论和光量子假说。

如此惊人的智慧之果集中出现在某一个特定的年份，谁也不能否认这是文明史上的奇迹。历史唯物主义者当然不相信宗教意义上的“奇迹”，但是“偶然性”确实使历史显得多姿多彩。我们可以附和“如果没有拿破仑， 18 世纪末的法国社会也会制造出一个拿破仑来”的说辞；但是却很难断言，如果 1815 年 6 月 18 日凌晨滑铁卢上空不曾降下大雨， 19 世纪初欧洲的政治格局会是我们今日所知晓的那样。类似地，我们可以考虑牛顿力学是 17 世纪英格兰经济与社会发展的结果；却无法解释在 1665 年末至 1666 年初的短短几个月内，何以会有那么多伟大的思想在一个人的头脑中频频灵光闪现。

诗人波普倒是省事，他在赞美牛顿的伟业时吟道：

自然与它的奥秘

都隐藏在黑暗中

上帝说

让牛顿去干吧

于是

一切顿现光明

也许只有借助上帝，才能解释这种巧合；也许只有用诗的语言，方能表达凡夫俗子们的惊奇。“江山代有才人出，各领风骚三百年。”赵翼的诗句传达的是同样的信息，尽管他心中没有那个人格化的上帝。

1900 年，爱因斯坦从苏黎世联邦工业大学毕业后即失业，直至 1902 年才在瑞士专利局找到一份固定的工作。 1905 年他 26 岁，与第一任妻子也是大学同班同学的米列娃刚结婚两年并有了第一个孩子。这位专利局的技术员，当年一口气完成了六篇论文，其中四篇于当年、另一篇于次年在德文《物理学杂志》（按许良英先生指出 Annalen der Physik 是月刊，不应译作《物理学年刊》）上发表。这五篇论文，篇篇含英咀华。它们分别是：

（ 1 ）     分子大小的新测定

（ 2 ）     热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动

（ 3 ）     论动体的电动力学

（ 4 ）     物体的惯性同它所含的能量有关吗？

（ 5 ）     关于光的产生和转化的一个试探性观点

按照美国物理学教授施塔赫尔的说法，五篇论文涉及从经典物理学向现代物理学转换的三个领域：（ 1 ）和（ 2 ）致力于扩展与完善经典力学的方法，特别是其分子运动论的含义；（ 3 ）和（ 4 ）致力于扩展与完善麦克斯韦理论，通过修正经典力学的基础来消除力学和电动力学之间的明显矛盾；（ 5 ）揭示了经典力学和麦克斯韦理论在解释电磁辐射的性质与能力上的局限性，通过引入光量子假说发展了普朗克的量子论，并对诸如光电效应这一类奇异的现象进行解释。

实际上，（ 1 ）是爱因斯坦提交给苏黎士大学的博士论文，初稿写成于 1901 年，后来作了较大的修订，文中将流体动力学的技巧与扩散理论结合，创造了一种测定分子大小和阿伏伽德罗常数的新方法。（ 2 ）是利用扩散理论和热的分子运动论讨论布朗运动的，对于消除当时人们对原子物理实在性的怀疑，以及开启统计热力学与随机过程的普遍理论具有重要意义。（ 3 ）和（ 4 ）建立了狭义相对论的基本框架，对传统的时间、空间、运动、物质等最基本的物理学概念进行了全新的考察，在（ 4 ）中还提出了著名的质能公式。（ 5 ）则深刻地揭示了麦克斯韦场的连续性与粒子分立性之间的矛盾，成为量子论发展进程中的重要里程碑。 1921 年诺贝尔奖评选委员会将当年的物理学奖授予爱因斯坦时宣称，他“因在数学物理方面的成就，特别是发现了光电效应的规律”而获奖。就是指主要由论文（ 5 ）体现出来的成就。

据说爱因斯坦被一再提名，主要是由于论文（ 3 ）、（ 4 ）所建立的狭义相对论和他不久前创立的广义相对论给他带来的声名，但是老于世故的评委们最终决定，用那个看似更加保险而又具备足够量级的“光电效应”来表彰这位古往今来最伟大的科学家，而宁可将那骇世惊俗的相对论留待时间老人的进一步检验。按照许良英先生的说法，爱因斯坦在 1905 年的工作可以获得四个诺贝尔奖，而 1915 年的广义相对论和 1916 年的受激辐射理论，又值两个诺贝尔奖。无论如何，诺贝尔物理学奖没有直接表彰爱因斯坦在狭义相对论和广义相对论方面的伟大贡献，不能不说是这一国际科学最高奖项的遗憾。这是题外的话。

摆在我眼前的这本《爱因斯坦奇迹年——改变物理学面貌的五篇论文》，系由美国波士顿大学爱因斯坦研究中心主任约翰·施塔赫尔编辑，全部选自由他主编的《阿尔伯特·爱因斯坦全集》第二卷。除了一篇十分精炼的导言之外，他又分别为每篇论文作了背景说明和必要的注释。当代著名的理论物理学家与科普作家罗杰·彭罗斯还为该书写了一篇序言。

该书的中文译者是我国科学史界两位资深学者许良英先生和范岱年先生，他们都具有深厚的物理学背景并相识有年。从范先生的“译后记”中可以多少窥见一点当时的情景：在上一世纪 40 年代末的浙江大学物理系，这对青年师生一面沉醉于物理学，一面向往著进步与光明；十年后两人不期然都被打成右派；又过了近二十年，他们才重新获得从事科研的最起码条件；不久中国就有了三卷本的中文《爱因斯坦文集》（商务印书馆， 1976 ， 1977 ， 1979 ，署名许良英、李宝恒、赵中立、范岱年、张宣三等），这主要应归功于许先生在极端困难的年代执著地坚持对爱因斯坦著作的编译与研究，也要感谢包括范先生在内的数位学人在 20 世纪 70 年代那个特殊的环境中为实现《文集》的出版而付出的巨大努力。这本中文版《爱因斯坦奇迹年》中的五篇论文，就取自该《文集》第二卷的译文。

2005 年将在北京召开第 22 届国际科学史大会，届时际逢爱因斯坦奇迹年的百年纪念，会议组织者已有意将他在 1905 年的三大贡献列为大会的主题之一。希望到那个时候，会有众多从事爱因斯坦研究的权威和专家学者从世界各地来到中国，就这个隽永的历史与科学话题进行更深入的交流；也希望到那时，更多的人还会想起这本篇幅不大但份量重千钧的小书。